JP4450033B2 - 現像装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に用いられる現像装置、及び当該現像装置を用いた画像形成装置に関する。本発明は、特に、新規現像剤を少しずつ供給するとともに劣化現像剤を少しずつ排出するというトリクル方式の現像装置、及び当該現像装置を用いた画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置に用いられる現像方式として、現像剤の主成分としてトナーを用いる一成分現像方式と、現像剤の主成分としてトナー及びキャリアを用いる二成分現像方式と、が知られている。

トナー及びキャリアを用いた二成分現像方式は、トナーとキャリアとを摩擦接触させることによって両者を所定の極性に荷電させるため、一成分現像剤を用いた一成分現像方式よりも、トナーの受けるストレスが少ないという特徴を有している。キャリアの表面積はトナーよりも大きいことから、トナーがキャリア表面に付着することによってキャリアが汚れることも少ない。しかし、長期間の使用により、キャリア表面に付着した汚れ（スペント）が増加し、そのためにトナーを帯電する能力が次第に低下する。その結果、かぶりやトナー飛散の問題が発生する。二成分現像装置の長寿命化を図るために、現像装置に収容するキャリアの量を増やすことも考えられるが、これは現像装置の大型化を招くために望ましくない。

二成分現像剤に係る上記問題を解消するため、特許文献１には、新規の現像剤を少しずつ現像装置内に補給するとともに、帯電性能の劣化した現像剤を少しずつ現像装置から排出することによって、劣化キャリアの増加を抑制するというトリクル方式の現像装置が開示されている。この現像装置は、現像剤の嵩変動を利用して、余剰となった劣化現像剤を排出して現像装置内の現像剤の嵩レベルを大略一定に保つ構成である。このトリクル方式の現像装置によれば、現像装置内の劣化キャリアが少しずつ新規キャリアに置換され、現像装置内のキャリアの帯電性能を大略一定に保つことが可能となる。
特開昭５９−１００４７１号公報

しかしながら、現像装置内での現像剤の嵩は、トナー濃度やキャリアの劣化状態によって、すなわち現像装置内での現像剤の状態によって変化するものであるから、現像剤の嵩が同じであっても、現像剤を構成する内容物の割合が異なっている。

現像装置内でのトナー濃度は、例えば、現像剤の透磁率を検出するトナー濃度検出センサによって検出される。そのために、トナー濃度検出センサの測定精度は、あまり高いものではなく、測定値として示されたトナー濃度が、真のトナー濃度と異なっていることもある。また、トナー濃度検出センサ周辺での現像剤の充填状態や、画像形成装置の周囲環境の変動によって、トナー濃度検出センサから得られたトナー濃度が、正しくないトナー濃度を示すことがある。

上記のような様々な要因によって、トナー濃度検出センサから得られたトナー濃度が適正とされる第一基準トナー濃度よりも高く検出されることがある。トリクル方式の現像装置では、現像装置内での現像剤の嵩レベルが大略一定に保たるように制御されているので、何かの拍子でトナー濃度が高いと検出された場合、現像装置内でのトナー濃度が適正な第一基準トナー濃度に戻るまで、しばらくの間、現像剤の補給が行われることなく、通常の画像形成が続けて行われる。現像装置内のトナー濃度が第一基準トナー濃度に戻ったときには、現像装置内でのトナー量すなわち現像剤量が少なくなるので、現像装置内での現像剤の嵩レベルが低下する。現像装置内で現像剤の嵩レベルが低下することは、現像装置内で現像剤が不足していることを意味している。現像装置内で現像剤を攪拌するために攪拌スクリューが用いられるが、通常、攪拌スクリューは現像ローラの長手方向へ現像剤を攪拌しつつ搬送するために現像ローラに沿って配置されている。このような状態で攪拌スクリューにより現像剤が搬送されるとスクリューの螺旋の移動にあわせて現像剤の希薄な部分も移動していくため、現像ローラにはスクリューに対応した不均一な供給がなされることとなる。そして、不均一なトナー供給の影響は、形成された画像上に現れてしまう。したがって、従来のトリクル方式の現像装置では、攪拌スクリューによる不均一なトナー供給を反映したいわゆるスクリュームラ現象が発生するために、高品質な画像を維持できないという問題がある。

したがって、本発明の解決すべき技術的課題は、二成分現像剤を用いたトリクル方式の現像装置内でのトナー濃度及び現像剤の嵩レベルの変動をできるだけ少なくすることによって、長期にわたって良好な画像形成を行うことのできる現像装置及び画像形成装置を提供することである。

課題を解決するための手段および作用・効果

前記技術的課題を解決するために、本発明によれば、
トナー及びキャリアを含む現像槽内現像剤を現像槽内で搬送しながら攪拌する攪拌部材と、該攪拌部材に隣接配置され攪拌された現像槽内現像剤を静電潜像担持体へ供給する現像剤担持体と、を備える現像装置であって、
トナー及びキャリアを含有する補給用現像剤を現像槽へ補給する現像剤補給タンクと、
前記現像槽内の現像剤に含まれるトナーの比率であるトナー濃度を検出するトナー濃度検出センサと、
前記現像槽に設けられ、現像槽内の現像槽内現像剤の量が所定量を上回ったときに、上回った現像槽内現像剤を現像槽外に排出する排出機構と、
前記現像槽内のトナー濃度が第一基準値よりも低いと検出されたときに補給用現像剤の補給動作を行い、前記現像槽内のトナー濃度が第一基準値よりも高い第二基準値よりも高いと検出されたときに現像槽内のトナーの強制消費動作及び補給用現像剤の補給動作を行う制御手段と、
を備えることを特徴とする現像装置が提供される。

上記現像装置によれば、現像槽内のトナー濃度が第一基準値（すなわち第一基準トナー濃度）よりも低いと検出されたときには、現像剤補給タンクから現像槽へ補給用現像剤が補給されるという通常の補給動作が行われることにより現像槽内のトナー濃度が上昇する。また、現像槽内のトナー濃度が第一基準値よりも高い第二基準値（すなわち第二基準トナー濃度）よりも高いと検出されたときには、現像槽内のトナーの強制消費動作が行われることにより現像槽内のトナー濃度が低下するとともに、補給用現像剤の補給動作が行われることにより現像槽内の低下した嵩レベルが上昇する。

現像槽内のトナー濃度が第二基準値よりも高いと検出されたときの補給用現像剤の補給量は、現像槽内のトナーの強制消費量よりも多いとすることにより、現像槽内の低下した嵩レベルが上昇する。

現像槽内のトナーの強制消費動作は、現像槽内のトナーを静電潜像担持体に付着させることである。このように画像形成装置に付随する構成要素を利用することにより、トナーを強制消費させるためのトナー消費機構を別途に設けることを要しないので、コストアップとはならない。

制御手段は、現像槽内のトナー濃度が第二基準値よりも高いと検出されたときに現像槽内のトナー濃度が第一基準値よりも低いと検出されるまでの間現像槽内のトナーの強制消費動作を行い、現像槽内のトナー濃度が第一基準値よりも低いと検出された後に現像槽内のトナーの強制消費動作及び補給用現像剤の補給動作を並行して行うことを特徴する。上記制御手段によれば、現像槽内のトナー濃度が第一基準値よりも低いと検出されるまでの間現像槽内のトナーの強制消費動作が行われることにより、現像槽内のトナー濃度が第一基準値まで低下する。そして、現像槽内のトナー濃度が第一基準値よりも低くなったあとに現像槽内のトナーの強制消費動作及び補給用現像剤の補給動作が並行して行われることにより、現像槽内のトナー濃度が大略第一基準値を保ちながら現像槽内の低下した嵩レベルが上昇する。なお、請求項４の発明は、後述する第一のトナー強制消費モードに対応するものである。

制御手段は、現像槽内のトナー濃度が第二基準値よりも高いと検出されたときに現像槽内のトナーの強制消費動作を所定回数行った後、現像槽内のトナーの強制消費動作及び補給用現像剤の補給動作を並行して所定回数行い、さらにその後、現像槽内のトナー濃度が第二基準値よりも低いと検出されるまでの間現像槽内のトナーの強制消費動作を行うことを特徴する。上記制御手段によれば、現像槽内のトナーの強制消費動作が所定回数行われることにより、高くなっていた現像槽内のトナー濃度がある程度低下する。そして、現像槽内のトナー濃度がある程度低下した状態でトナーの強制消費動作及び補給用現像剤の補給動作が所定回数行われることによって、現像槽内の嵩レベルが次第に上昇する。そして、現像槽内のトナー濃度が第二基準値より低くなるまで現像槽内のトナーの強制消費動作が行われることによって、高くなったトナー濃度が第二基準値まで低下するとともに、嵩レベルが所定の高さまで上昇する。したがって、現像槽内のトナー濃度が第一基準値に達する前の早い段階（すなわち、所定回数のトナーの強制消費動作を行った後）から補給用現像剤を補給していることから、より短時間で現像槽内のトナー濃度の低下及び嵩レベルの上昇を図ることができる。なお、請求項５の発明は、後述する第二のトナー強制消費モードに対応するものである。

現像装置は、前記排出機構から現像槽内現像剤が排出されているか否かを検出する現像剤排出検出センサをさらに有し、前記制御手段は、現像槽内のトナー濃度が第二基準値よりも高いと検出されたときに現像槽内現像剤の排出が検出されるまでの間現像槽内のトナーの強制消費動作及び補給用現像剤の補給動作を並行して行うことを特徴とする。上記現像装置によれば、現像剤排出検出センサによって現に現像槽内現像剤の排出が検出されるまでトナーの強制消費動作及び補給用現像剤の補給動作が行われることによって、トナー濃度が第一基準値に保たれながら、排出機構により現像槽内の現像槽内現像剤が排出されるまで現像槽内の嵩レベルが次第に上昇する。なお、請求項６の発明は、後述する第三のトナー強制消費モードに対応するものである。

上述した現像装置は、周面に静電潜像を担持する回転可能な静電潜像担持体と、トナー及びキャリアを含む現像槽内現像剤を現像槽内で搬送しながら攪拌する攪拌部材と、該攪拌部材に隣接配置され攪拌された現像槽内現像剤を静電潜像担持体へ供給する現像剤担持体と、を備える画像形成装置に組み込んで使用される。

現像槽内のトナーの強制消費動作のために紙出力を伴う一般の画像形成を行うと用紙を無駄に消費してしまうので、画像形成装置は、現像剤担持体によって顕像化されたトナー像を静電潜像担持体の周面から用紙上へ転写する転写手段と、転写されなかったトナーを静電潜像担持体上から除去する清掃手段と、を備え、強制消費されたトナーは、用紙上へ転写することなく清掃手段によって回収される。

以下に、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。なお、以下の説明では、特定の方向を意味する用語（例えば、「上」、「下」、「左」、「右」、およびそれらを含む他の用語、「時計回り方向」、「反時計回り方向」）を使用するが、それらの使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明は限定的に解釈されるべきものでない。また、以下に説明する画像形成装置１及び現像装置３４では、同一又は類似の構成部分には同一の符号を用いている。

図１乃至３を参照しながら、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１及び当該装置に使用される現像装置３４について説明する。

〔画像形成装置〕
図１は、本発明に係る電子写真式画像形成装置１の画像形成に関連する部分を示す。画像形成装置１は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、およびそれらの機能を複合的に備えた複合機のいずれであってもよい。画像形成装置１は、静電潜像坦持体である感光体１２を有する。実施形態において、感光体１２は円筒体で構成されているが、本発明はそのような形態に限定されるものでなく、代わりに無端ベルト式の感光体も使用可能である。感光体１２は、図示しないモータに駆動連結されており、モータの駆動に基づいて矢印方向に回転するようにしてある。感光体１２の周囲には、感光体１２の回転方向に沿って、帯電装置２６、露光装置２８、現像装置３４、転写装置３６、およびクリーニング装置４０がそれぞれ配置されている。

帯電装置２６は、感光体１２の外周面である感光体層を所定の電位に帯電する。実施形態では、帯電装置２６は円筒形状のローラとして表されているが、これに代えて他の形態の帯電装置（例えば、回転型又は固定型のブラシ式帯電装置、ワイヤ放電式帯電装置）も使用できる。感光体１２の近傍又は感光体１２から離れた場所に配置された露光装置２８は、帯電された感光体１２の外周面に向けて、画像光３０を出射する。露光装置２８を通過した感光体１２の外周面には、画像光３０が投射されて電位の減衰した部分とほぼ帯電電位を維持する部分とからなる静電潜像が形成される。実施形態では、電位の減衰した部分が静電潜像画像部、ほぼ帯電電位を維持する部分が静電潜像非画像部である。現像装置３４は、後述する現像槽内現像剤３を用いて静電潜像を可視像化する。現像装置３４の詳細は後に説明する。転写装置３６は、感光体１２の外周面に形成された可視像を紙やフィルムなどの用紙３８に転写する。図１に示した実施形態では、転写装置３６は円筒形状のローラとして図示されているが、他の形態の転写装置（例えば、ワイヤ放電式転写装置）も使用できる。クリーニング装置４０は、転写装置３６で用紙３８に転写されることなく感光体１２の外周面に残留する未転写トナーを感光体１２の外周面から回収する。実施形態では、クリーニング装置４０は板状のブレードとして図示されているが、代わりに他の形態のクリーニング装置（例えば、回転型又は固定型のブラシ式クリーニング装置）も使用できる。

このような構成を備えた画像形成装置１が画像を形成するとき、感光体１２はモータ（図示せず）の駆動に基づいて例えば反時計周り方向に回転する。このとき、帯電装置２６を通過する感光体１２の外周部分は、帯電装置２６で所定の電位に帯電される。帯電された感光体１２の外周部分は、露光装置２８で画像光３０が露光されて静電潜像が形成される。静電潜像は、感光体１２の回転と共に現像装置３４のところまで搬送され、現像装置３４によって可視像化される。可視像化されたトナー像は、感光体１２の回転と共に転写装置３６のところまで搬送され、転写装置３６により用紙３８に転写される。トナー像が転写された用紙３８は定着装置２０のところまで搬送され、用紙３８にトナー像が固定される。転写装置３６を通過した感光体１２の外周部分はクリーニング装置４０のところまで搬送され、用紙３８に転写されることなく感光体１２の外周面に残存するトナーが感光体１２から掻き取られる。

〔現像装置〕
現像装置３４は、非磁性トナー（以下、単にトナーという。）及び磁性キャリア（以下、単にキャリアという。）を含む２成分現像剤と、種々の部材を収容する現像槽６６と、を備えている。現像槽６６は感光体１２に向けて開放された開口部を備えており、この開口部の近傍に形成された空間に現像ローラ４８が設けられている。現像剤担持体としての現像ローラ４８は、円筒状の部材であり、感光体１２と平行に且つ感光体１２の外周面と所定の現像ギャップを介して、回転可能に枢支されている。

現像ローラ４８は、回転不能に固定された磁石体４８ａと、磁石体４８ａの周囲を回転可能に支持された円筒状のスリーブ４８ｂ（第一の回転円筒体）と、を有するいわゆるマグネットローラである。現像ローラ４８のスリーブ４８ｂの上方には、現像槽６６に固定され、現像ローラ４８のスリーブ４８ｂの中心軸と平行に延在する規制板６２が、所定の規制ギャップを介して対向配置されている。現像ローラ４８の内側にある磁石体４８ａは、スリーブ４８ｂの回転方向に沿って、Ｎ１、Ｓ２、Ｎ３、Ｎ２、Ｓ１という５個の磁極を有する。これらの磁極のうち、主磁極Ｎ１は、感光体１２と対向するように配置されている。スリーブ４８ｂの上の現像剤を剥離させるための反発磁界を発生させる同極のＮ２及びＮ３は、現像槽６６の内部に対向配置されている。現像ローラ４８のスリーブ４８ｂは、感光体１の回転方向と逆向きに（カウンター方向に）回転する。

図２は、現像装置３４を上から見た模式的断面図である。図２に示すように、現像ローラ４８の背後には、現像剤攪拌搬送室６７が形成されている。現像剤攪拌搬送室６７は、現像ローラ４８の近傍に形成された第二搬送路７０と現像ローラ４８から離れた第一搬送路６８と、第一搬送路６８及び第二搬送路７０を間仕切る隔壁７６と、を有する。第一搬送路６８の搬送方向の上流側の上方には、現像剤補給タンク８０が配設されていて、補給口８２を介して第一搬送路６８と連通している。現像剤補給タンク８０には、トナーを主成分としてキャリアを含有する補給用現像剤２が充填されている。補給用現像剤２のキャリア比は、好ましくは５乃至４０重量％であり、より好ましくは１０乃至３０重量％である。また、第二搬送路７０の搬送方向の下流側の下方には、現像剤回収タンク９０が配設されていて、回収口９２を介して第二搬送路７０と連通している。

現像剤補給タンク８０の底部には、制御部１００によって駆動制御される現像剤供給ローラが配置されている。現像剤供給ローラが回転駆動されることによって、その駆動時間に応じた量の新規の補給用現像剤２が、流下して現像槽６６の第一搬送路６８に供給される。

第一搬送路６８には、現像槽内現像剤３を攪拌しながら搬送する攪拌部材である第一スクリュー７２が回転可能に枢支されている。第二搬送路７０には、第一搬送路６８からの現像槽内現像剤３を攪拌しながら現像ローラ４８に搬送する第二スクリュー７４が回転可能に枢支されている。この場合、第一搬送路６８と第二搬送路７０との両端部に位置する隔壁７６の上部が切り欠かれることによって連絡通路が形成されている。第一搬送路６８の搬送方向の下流側端部に到達した現像槽内現像剤３が連絡通路を介して第二搬送路７０へ送り込まれ、第二搬送路７０の搬送方向の下流側端部に到達した現像槽内現像剤３が連絡通路を介して第一搬送路６８に送り込まれる。その結果、図２の矢印方向にしたがって、現像槽内現像剤３が現像剤攪拌搬送室内を循環する。

第一スクリュー７２及び第二スクリュー７４は、シャフトに所定のピッチで螺旋状の羽根が固定されたスパイラルスクリューである。図８は、現像装置３４の一部分を横から見た模式的断面図であり、図２の右端部に対応している。図８に示すように、第二スクリュー７４は、図中の右側に延在して、回収口９２の上まで延在している。第二スクリュー７４は、第二搬送路７０から第一搬送路６８に向かう連絡通路及び第一搬送路６８の下流側側端部に対応する位置において、スパイラルスクリューの螺旋の向きが他の部分とは逆向きに構成されている逆羽根部７７を有する。第二スクリュー７４の羽根のピッチは、搬送方向の下流側端部（図２の右端部）において他の部分に比べて小さくなっている。その結果、第二スクリュー７４が回転すると、第二スクリュー７４の搬送方向の下流側端部（右端部）での現像槽内現像剤３の高さが他の部分に比べて高くなる。すなわち、第二搬送路７０の搬送方向の下流側端部（右端部）において、現像槽内現像剤３の盛り上がりが形成される。

ここで、現像装置３４は、いわゆるトリクル方式を採用したものであるから、余剰の現像槽内現像剤３を流出させるための流出口７５を有している。すなわち、第二搬送路７０の搬送方向の下流側端部（右端部）に位置する側壁の上部が部分的に切り欠かれた切欠７５を設けることによって、流出口７５が形成されている。第二スクリュー７４によって搬送される現像剤は、通常の状態では逆羽根部７７によってせき止められることにより、図２及び８の実線矢印のように、第二搬送路７０から第一搬送路６８へと搬送される。現像槽内における現像槽内現像剤３が増えて現像槽内の液面が上昇すると、逆羽根部７７のせき止め作用に抗して側壁の上部に設けられた流出口７５を現像槽内現像剤３が乗り越えて、隣接する回収室に溢出する。回収室に溢出した余剰の現像槽内現像剤３は、図８の点線矢印に従って回収口９２まで搬送され、回収口９２を介して現像剤回収タンク９０に回収（廃棄）される。

現像剤攪拌搬送室６７には、現像剤攪拌搬送室６７内でのトナー濃度を検出するトナー濃度検出センサ７８が設けられている。トナー濃度検出センサ７８は、例えば、コイルのインダクタンスの変化から、現像剤攪拌搬送室６７内を搬送される現像槽内現像剤３の透磁率を検出する。トナー濃度検出センサ７８により検出された透磁率から、現像槽内現像剤３に対するトナーの比率が求められる。例えば、現像槽内現像剤３に含まれるキャリア量が少ない場合は、トナー比率が高いと検出される。一方、現像槽内現像剤３に含まれるキャリア量が多い場合は、トナー比率が低いと検出される。そして、このトナー濃度検出センサ７８から出力された電圧信号は、制御部１００に入力され、この検出信号に基づいて、必要な補給量が算出されるとともに、現像剤補給タンク８０の現像剤補給ローラが駆動され、所定量の補給用現像剤２が現像槽６６内に補給される。

現像装置３４において、印字動作により、循環している現像槽内現像剤３のトナー濃度が低下すると、トナーと少量のキャリアとを含有する補給用現像剤２が現像剤補給タンク８０から補給される。補給された補給用現像剤２は、すでに存在する現像槽内現像剤３と混合・攪拌されながら、上記現像剤攪拌搬送室６７の第一搬送路６８及び第二搬送路７０に沿って搬送される。基本的には、トナーは感光体１２で消費されるのに対して、キャリアは現像装置３４内に蓄積されるが、キャリアの帯電性能は次第に低下する。補給用現像剤２にはトナーよりも嵩高いキャリアが少量含まれているので、補給用現像剤２の補給に伴って、現像装置３４内での現像槽内現像剤３の量が徐々に増加する。そして、嵩の増えた現像槽内現像剤３が現像剤攪拌搬送室６７を循環する。現像剤攪拌搬送室６７を循環しきれない余剰の現像槽内現像剤３は、逆羽根部７７を乗り越えて、第二搬送路７０の搬送方向の下流側端部（右端部）に設けられた流出口７５から流出して、回収口９２を介して現像剤回収タンク９０に回収される。回収口９２あるいは現像剤回収タンク９０には、現像剤排出検出センサ１１２が設けられている。現像剤排出検出センサ１１２は、例えば、赤外線ＬＥＤ等の発光素子と、発光素子からの光を受光する受光素子と、から構成されている。そして、発光素子からの光が現像剤で遮光されたことを受光素子が検出することによって、余剰となった現像槽内現像剤３の排出が検知される。

補給用現像剤２の補給量は、トナー濃度検出センサ７８によって検出された現像槽内現像剤３のトナー濃度と、画像形成時の画像情報（ドットカウンタ）と、現像剤補給タンク８０内での補給用現像剤２に対するキャリア比と、に基づいて決定される。現像剤補給タンク８０内での補給用現像剤２に対するキャリア比は、現像装置３４内でのキャリアの劣化を抑制するとともに、コストアップを招かない程度に調整される。トナーの補給動作に伴って、キャリアが少しずつ供給される。

図３は、画像形成装置１の現像装置３４に係る制御ブロック図を示している。

制御手段としての制御部１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０４、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０６等から構成される。ＲＯＭ１０４内に格納されている各種処理プログラムやテーブルに従って、ＣＰＵ１０２は画像形成装置１での各種動作を集中的に制御する。ＲＯＭ１０４には、例えば、トナー濃度検出センサ７８で検出された電圧から現像槽内現像剤３のトナー濃度に変換・算出するためのトナー濃度算出テーブルや、現実の現像槽内現像剤３のトナー濃度と第一基準トナー濃度（すなわち第一基準値）との間の差異から補給すべき現像剤量を算出するための現像剤補給用テーブルが格納されている。ＲＡＭ１０６は、制御部１００により実行される各種プログラム及びこれらプログラムに係るデータを一時的に記憶するワークエリアを形成している。

ＣＰＵ１０２には、現像装置３４や現像剤補給タンク８０や現像剤排出検出センサ１１２やカウンタ１０８が接続されている。現像装置３４を構成する現像剤攪拌部材７２，７４、トナー濃度検出センサ７８、現像ローラ４８の動作が、制御部１００のＣＰＵ１０２によって制御される。そして、トナー濃度検出センサ７８で検出された現像槽内現像剤３のトナー濃度や、画像形成時の画像情報や、現像剤補給タンク８０内での補給用現像剤２に対するキャリア比等は、ＲＡＭ１０６に一時的に記憶されている。

〔現像剤〕
２成分現像剤は、トナーと、トナーを帯電させるためのキャリアと、を含んでいる。本発明においては、画像形成装置１において従来から一般的に使用されている公知のトナーが使用可能である。トナーの粒径は、例えば約３乃至１５μｍである。バインダー樹脂中に着色剤を含有させたトナーや、荷電制御剤や離型剤を含有するトナーや、表面に添加剤を保持するトナーも使用可能である。

トナーは、例えば、粉砕法、乳化重合法、懸濁重合法等の公知の方法で製造される。

トナーに使用されるバインダー樹脂は、限定的ではないが、例えば、スチレン系樹脂（スチレンまたはスチレン置換体を含む単重合体または共重合体）、ポリエステル樹脂、エポキシ系樹脂、塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、またはそれらの樹脂を任意に混ぜ合わせたものである。バインダー樹脂は、軟化温度が約８０乃至１６０℃の範囲であり、ガラス転移点が約５０乃至７５℃の範囲であることが好ましい。

着色剤は、公知の材料、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、活性炭、マグネタイト、ベンジンイエロー、パーマネントイエロー、ナフトールイエロー、フタロシアニンブルー、ファーストスカイブルー、ウルトラマリンブルー、ローズベンガル、レーキーレッド等を用いることができる。着色剤の添加量は、一般に、バインダー樹脂１００重量部に対して、２乃至２０重量部であることが好ましい。

荷電制御剤は、従来から荷電制御剤として知られている材料が使用できる。具体的に、正極性に帯電するトナーには、例えばニグロシン系染料、４級アンモニウム塩系化合物、トリフェニルメタン系化合物、イミダゾール系化合物、ポリアミン樹脂が荷電制御剤として使用できる。負極性に帯電するトナーには、Ｃｒ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｆｅ等の金属含有アゾ系染料、サリチル酸金属化合物、アルキルサリチル酸金属化合物、カーリックスアレーン化合物が荷電制御剤として使用できる。荷電制御剤は、バインダー樹脂１００重量部に対して、０．１乃至１０重量部の割合で用いることが好ましい。

離型剤は、従来から離型剤として使用されている公知のものを使用できる。離型剤の材料には、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、カルナバワックス、サゾールワックス、又はそれらを適宜組み合わせた混合物が用いられる。離型剤は、バインダー樹脂１００重量部に対して、０．１乃至１０重量部の割合で用いることが好ましい。

さらに、現像剤の流動化を促進する流動化剤を添加してもよい。流動化剤には、例えば、シリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム等の無機微粒子や、アクリル樹脂、スチレン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂微粒子が使用できる。特にシランカップリング剤、チタンカップリング剤、およびシリコンオイル等で疎水化した材料を用いるのが好ましい。流動化剤は、トナー１００重量部に対して、０．１乃至５重量部の割合で添加することが好ましい。これら添加剤の個数平均一次粒径は、９乃至１００ｎｍであることが好ましい。

キャリアは、従来から一般に使用されている公知のキャリアを使用できる。バインダー型キャリアやコート型キャリアのいずれを用いてもよい。キャリア粒径は、限定的ではないが、約１５乃至１００μｍであることが好ましい。

バインダー型キャリアは、磁性体微粒子をバインダー樹脂中に分散させたものであり、表面に正極性または負極性に帯電する微粒子又はコーティング層を有するものが使用できる。バインダー型キャリアの極性等の帯電特性は、バインダー樹脂の材質、帯電性微粒子、表面コーティング層の種類によって制御できる。

バインダー型キャリアに用いられるバインダー樹脂としては、ポリスチレン系樹脂に代表されるビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ナイロン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などの熱可塑性樹脂、フェノール樹脂等の硬化性樹脂が例示される。

バインダー型キャリアの磁性体微粒子としては、マグネタイト、ガンマ酸化鉄等のスピネルフェライト、鉄以外の金属（Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃｕ等）を一種または二種以上含有するスピネルフェライト、バリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライト、表面に酸化層を有する鉄や合金の粒子を用いることができる。キャリアの形状は、粒状、球状、針状のいずれであってもよい。特に高磁化を要する場合には、鉄系の強磁性微粒子を用いることが好ましい。化学的な安定性を考慮すると、マグネタイト、ガンマ酸化鉄を含むスピネルフェライトやバリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライトの強磁性微粒子を用いることが好ましい。強磁性微粒子の種類及び含有量を適宜選択することにより、所望の磁化を有する磁性樹脂キャリアを得ることができる。磁性体微粒子は磁性樹脂キャリア中に５０乃至９０重量％の量で添加することが適切である。

バインダー型キャリアの表面コート材としては、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂等が用いられる。これらの樹脂をキャリア表面にコートし硬化させてコート層を形成することにより、キャリアの電荷付与能力を向上できる。

バインダー型キャリアの表面への帯電性微粒子あるいは導電性微粒子の固着は、例えば、磁性樹脂キャリアと微粒子とを均一混合し、磁性樹脂キャリアの表面にこれら微粒子を付着させた後、機械的・熱的な衝撃力を与えることにより微粒子を磁性樹脂キャリア中に打ち込むことで行われる。この場合、微粒子は、磁性樹脂キャリア中に完全に埋設されるのではなく、その一部が磁性樹脂キャリア表面から突出するように固定される。帯電性微粒子には、有機、無機の絶縁性材料が用いられる。具体的に、有機系の絶縁性材料としては、ポリスチレン、スチレン系共重合物、アクリル樹脂、各種アクリル共重合物、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂およびこれらの架橋物などの有機絶縁性微粒子がある。電荷付与能力および帯電極性は、帯電性微粒子の素材、重合触媒、表面処理等に調整できる。無機系の絶縁性材料としては、シリカ、二酸化チタン等の負極性に帯電する無機微粒子や、チタン酸ストロンチウム、アルミナ等の正極性に帯電する無機微粒子が用いられる。

コート型キャリアは、磁性体からなるキャリアコア粒子を樹脂で被覆したキャリアであり、バインダー型キャリア同様に、キャリア表面に正極性または負極性に帯電する帯電性微粒子を固着することができる。コート型キャリアの極性等の帯電特性は、表面コーティング層の種類や帯電性微粒子の選択により調整できる。コーティング樹脂は、バインダー型キャリアのバインダー樹脂と同様の樹脂が使用可能である。

現像槽内現像剤３のトナー及びキャリアの混合比は、所望のトナー帯電量が得られるように調整される。現像槽内現像剤３のトナー比は、トナー及びキャリアの合計量に対して、好ましくは３乃至２０重量％であり、より好ましくは４乃至１５重量％である。また、現像剤補給タンク８０に充填されている補給用現像剤２は、トナー及び少量のキャリアを含有したものであり、補給用現像剤２のキャリア比は、好ましくは１乃至５０重量％であり、より好ましくは５乃至３０重量％である。

このように構成された現像装置３４の動作を説明する。

画像形成時、図示しないモータの駆動に基づいて、現像ローラ４８のスリーブ４８ｂは矢印方向（反時計回り）に回転する。第一スクリュー７２の回転及び第二スクリュー７４の回転により、現像剤攪拌搬送室６７に存する現像槽内現像剤３は、第一搬送路６８と第二搬送路７０とを循環搬送されながら、攪拌される。その結果、現像剤に含まれるトナーとキャリアとが摩擦接触し、互いに逆の極性に帯電される。実施形態では、キャリアは正極性、トナーは負極性に帯電されるものとする。本発明に用いるトナー及びキャリアの帯電性は、このような組み合わせに限定されるものでない。キャリアの外形寸法は、トナーに比べて相当大きい。そのため、正極性に帯電したキャリアの周囲に、負極性に帯電したトナーが、主として両者の電気的な吸引力に基づいて付着している。

帯電された現像槽内現像剤３は、第二スクリュー７４によって第二搬送路７０に搬送される過程で現像ローラ４８に供給される。この現像剤は、現像ローラ４８内部の磁石体４８ａの磁力によってスリーブ４８ｂの表面側に保持され、スリーブ４８ｂと共に反時計周り方向に回転移動して、現像ローラ４８に対向して設けられた規制板６２で通過量を規制された後、感光体１２と対向する現像領域へと搬送される。そして、現像領域において、磁石体４８ａの主磁極Ｎ１の磁力によって穂立ち（磁気ブラシ）が形成される。現像領域では、感光体１２上の静電潜像と現像バイアスの印加された現像ローラ４８との間に形成された電界（直流に交流が重畳された電界）がトナーに与える力により、トナーが感光体１２上の静電潜像側へと移動して、この静電潜像が顕像へと現像される。現像領域でトナーを消費した現像剤は、現像槽６６に向けて搬送され、現像槽６６の第二搬送路７０に対向して設けられた磁石体４８ａのＮ３，Ｎ２の反発磁界によって現像ローラ４８上から剥離され、現像槽６６内へと回収される。回収された現像剤は、第二搬送路７０を搬送されている現像槽内現像剤３と混合される。

このような画像形成によって現像槽内現像剤３の中からトナーが強制消費されると、消費された量に見合う量のトナーが現像槽内現像剤３に補給されることが好ましい。そのために、現像装置３４は、現像剤攪拌搬送室６７に存する現像槽内現像剤３に対するトナーの比を測定するトナー濃度検出センサ７８を備えている。また、第一搬送路６８の上方には現像剤補給タンク８０が設けてある。

本発明における画像形成には、大別すると、現像後に紙出力を伴う一般の画像形成と、現像後に紙出力を行わないいわゆるパッチ画像形成と、がある。パッチ画像形成とは、画像データに基づいて露光装置２８の画像光３０を照射状態／非照射状態に切り替えるのではなく、露光装置２８の画像光３０を所定光量で照射状態を続けることにより感光体１２上にベタ状態の静電潜像を形成することを意味している。ベタ状態の静電潜像を現像することによりトナーを感光体１２上に強制的に付着させ、強制的に付着させたトナーを用紙３８に転写することなくクリーニング装置４０で回収することによりトナーが強制的に消費される。トナーの強制消費動作のために一般の画像形成を行うと、用紙３８を無駄に消費してしまうので、本発明においては、トナーの強制消費動作のために、パッチ画像形成が用いられる。さらに、トナーの強制消費動作の際に、一回のパッチ画像形成によってできるだけ多くのトナーを消費させるために、パッチ画像形成は、感光体１２のできるだけ広い領域に画像光３０が照射されるものであることが好適である。

次に、第一実施形態に係る現像装置３４の動作を、図４及び５を参照しながら説明する。

図４は、本発明の一実施形態に係る現像装置３４の補給動作のメインフローチャートを示している。図５は、第一実施形態に係る第一のトナー強制消費モードのフローチャートを示している。なお、第一実施形態に係る第一のトナー強制消費モードに関する理解を助けるために、以下のような具体的な数値を提示しながら説明するが、当該数値によって本実施形態が限定されるものではなく、単なる一例として提示した数値に過ぎない。

トリクル方式の現像装置３４において貯蔵される現像槽内現像剤３の第一基準トナー濃度（すなわち第一基準値）は７重量％であり、その量は約２５０ｇである。現像装置３４内の現像槽内現像剤３の第二基準トナー濃度（すなわち第二基準値）は、第一基準トナー濃度（７重量％）＋２重量％とすると、９重量％である。現像装置３４内において第二基準トナー濃度（９重量％）で貯蔵される現像剤の量は、約２１０ｇである。一回のパッチ画像形成によって消費されるトナー量は、約０．５ｇである。補給用現像剤２のキャリア比は、１５重量％である。一回の補給用現像剤２の補給量は、約０．６ｇであり、トナー量に換算すれば約０．５ｇである。補給用現像剤２の補給回数Ｋは、１００回である。

図４は、図示しない全体制御（メインルーチン）のうちの現像装置３４の補給制御に関するサブルーチンを示している。ステップＳ１２において、トナー濃度検出センサ７８によって、現像剤攪拌搬送室６７に存する現像槽内現像剤３のトナー濃度に関する電圧信号が出力される。ステップＳ１４において、出力された電圧信号は、制御部１００でトナー濃度の値に変換・算出される。ステップＳ２０において、現状のトナー濃度が第一基準トナー濃度（７重量％）よりも低いか否かが判別される。現状のトナー濃度が第一基準トナー濃度よりも低いと判別された場合、ステップＳ２２において、トナー濃度検出センサ７８によって検出された現状のトナー濃度と、画像形成時の画像情報（ドットカウンタ）と、現像剤補給タンク８０内での補給用現像剤２に対するキャリア比と、に基づいて、補給用現像剤２の補給量が算出される。そして、ステップＳ２４において、所定量の補給用現像剤２が補給されたあと、ステップＳ１２のトナー濃度検出に戻る。

ステップＳ２０において、現状のトナー濃度が第一基準トナー濃度以上であると判別された場合、ステップＳ３０において、現状のトナー濃度が第二基準トナー濃度（９重量％）よりも低いか否かが判別される。現状のトナー濃度が第二基準トナー濃度（９重量％）よりも低いと判別された場合、当該サブルーチンが終了してメインルーチンに戻る。トナー濃度検出センサ７８の測定精度や、トナー濃度検出センサ７８周辺での現像槽内現像剤３の充填状態や、画像形成装置の周囲環境の変動によって、現状のトナー濃度が第二基準トナー濃度（９重量％）以上であると判別された場合、ステップＳ４０において、第一のトナー強制消費モードに移行する。このとき、現像装置３４内において貯蔵される現像槽内現像剤３の量は、約２１０ｇである。

図５は、図４の現像装置３４の補給制御に関するサブルーチンのうちの第一のトナー強制消費モードに関するサブルーチンを示している。ステップＳ１１２において、補給用現像剤２を何回補給するかという補給回数Ｋ（１００回）が設定される。ステップＳ１１４において、トナーの強制消費動作のために、現像後に紙出力を行わないパッチ画像形成が行われる。このパッチ画像形成は、一回のパッチ画像形成によってできるだけ多くのトナーを消費させるために、大略全面に画像が形成されるベタ状態である。一回のパッチ画像形成によって、約０．５ｇのトナーが消費される。

所定回数（１００回）の補給が行われていないと判別された場合、ステップＳ１２４において、トナー濃度検出センサ７８によって、現像剤攪拌搬送室６７に存する現像槽内現像剤３のトナー濃度に関する電圧信号が出力される。ステップＳ１２６において、出力された電圧信号は、制御部１００でトナー濃度の値に変換・算出される。ステップＳ１３０において、検出された現状の現像槽内現像剤３のトナー濃度が第一基準トナー濃度（７重量％）よりも低いか否かが判別される。

ステップＳ１３０において、現状の現像槽内現像剤３のトナー濃度が第一基準トナー濃度（７重量％）以上であると判別された場合、ステップＳ１１４のパッチ画像形成に戻る。すなわち、現状のトナー濃度が第一基準トナー濃度（７重量％）より低くなるまで、ステップＳ１１４のパッチ画像形成を繰り返す。例えば、１０数回のパッチ画像形成が繰り返される。パッチ画像形成を繰り返すことでトナーが消費されてトナー濃度が次第に低下するが、補給用現像剤２の補給動作が無いために、現像槽６６内での現像槽内現像剤３の嵩レベルが低下している。

パッチ画像形成を繰り返した結果、ステップＳ１３０において、現状の現像槽内現像剤３のトナー濃度が第一基準トナー濃度（７重量％）を下回った、言い換えると現状の現像槽内現像剤３のトナー濃度が第一基準トナー濃度に回復したと判別された場合、ステップＳ１３２において、トナー濃度検出センサ７８によって検出された現状の現像槽内現像剤３のトナー濃度と、画像形成時の画像情報（ドットカウンタ）と、現像剤補給タンク８０内での補給用現像剤２に対するキャリア比と、に基づいて、補給用現像剤２の補給量が算出される。そして、ステップＳ１３４において、補給用現像剤２が算出された量（約０．６ｇ）で補給されたあと、ステップＳ１３６において、ルーチンの回数を一つ減らし、ステップＳ１１４のパッチ画像形成に戻る。ステップＳ１１４のパッチ画像形成によってトナーが消費されるが、トナーの補給量（約０．５ｇ）と消費量（約０．５ｇ）とがつり合っているために、現像槽内現像剤３のトナー濃度は第一基準トナー濃度（７重量％）に回復した状態を維持している。その結果、ステップＳ１３０において、実質的には、現状の現像槽内現像剤３のトナー濃度が第一基準トナー濃度（７重量％）を下回ったと判別される方（ＹＥＳ）に行くことになる。したがって、ステップＳ１１４のパッチ画像形成によるトナー消費動作に加えて、ステップＳ１３４乃至Ｓ１３６の補給用現像剤２の補給動作が繰り返される。このことは、現状の現像槽内現像剤３のトナー濃度が第一基準トナー濃度（７重量％）に回復しつつ、補給用現像剤２に含まれるキャリアの補給を行っていること、言い換えれば、キャリアが補給されるにつれて、現像槽６６内での現像槽内現像剤３の嵩レベルが次第に上昇することを意味している。

ステップＳ１２０において、所定回数（１００回）の補給が行われたかが判別される。所定回数（１００回）の補給が行われたと判別された場合、第一のトナー強制消費モードに関するサブルーチンが終了して、図４の現像装置３４の補給制御に関するサブルーチンに戻る。

第一のトナー強制消費モードによれば、補給用現像剤２の補給動作において、現像槽内現像剤３のトナー濃度及び嵩レベルの正確さと補給に要する時間とがバランス良い。

このような第一のトナー強制消費モードを有する画像形成装置１で一般の画像形成を行ったが、スクリュームラ等の画像欠損が発生することは無く、第一のトナー強制消費モードの効果が確認された。

次に、第二実施形態に係る現像装置３４の動作を、図６を参照しながら説明する。

図６は、第二実施形態に係る第二のトナー強制消費モードに関するサブルーチンのフローチャートを示している。なお、第二実施形態に係る第二のトナー強制消費モードに関する理解を助けるために、以下のような具体的な数値を提示しながら説明するが、当該数値によって本実施形態が限定されるものではなく、単なる一例として提示した数値に過ぎない。

トリクル方式の現像装置３４において貯蔵される現像槽内現像剤３の第一基準トナー濃度は７重量％であり、その量は約２５０ｇである。現像装置３４内の現像槽内現像剤３の第二基準トナー濃度は、第一基準トナー濃度（７重量％）＋２重量％とすると、９重量％である。現像装置３４内において第二基準トナー濃度（９重量％）で貯蔵される現像剤の量は、約２１０ｇである。一回のパッチ画像形成によって消費されるトナー量は、約０．５ｇである。補給用現像剤２のキャリア比は、１５重量％である。一回の補給用現像剤２の補給量は、約０．６ｇであり、トナー量に換算すれば約０．５ｇである。画像形成の回数Ｍは、１００回である。補給開始の回数Ｌは、５回である。

第二実施形態において、現像装置３４の補給制御に関するサブルーチンは、上述した第一実施形態のものと同じであるためにその説明を省略し、第一実施形態のものと異なっている第二のトナー強制消費モードに関するサブルーチンについてのみ説明する。

図６は、図４の現像装置３４の補給制御に関するサブルーチンのうちの第二のトナー強制消費モードに関するサブルーチンを示している。ステップＳ２１２において、画像形成を何回行うかという画像形成回数Ｍ（１００回）と、何回画像形成を行ったあとに補給を開始するかという補給開始回数Ｌ（例えば、５回）が設定される。ステップＳ２１４において、トナーの強制消費動作のために、現像後に紙出力を行わないパッチ画像形成が行われる。このパッチ画像形成は、一回のパッチ画像形成によってできるだけ多くのトナーを消費させるために、大略全面に画像が形成されるベタ状態である。一回のパッチ画像形成によって、約０．５ｇのトナーが消費される。ステップＳ２２０において、所定回数（１００回）の画像形成が行われたか否かが判別される。

ステップＳ２２０において、所定回数（１００回）の画像形成が行われていないと判別された場合、ステップＳ２４０に進んで、所定回数の画像形成を行って所定の補給開始回数（１００−５＝９５回）になっているか否かが判別される。ステップＳ２４０において、所定の補給開始回数になっていないと判別された場合、ステップＳ２４４において、ルーチンの数を一つ減らして、ステップＳ２１４のパッチ画像形成に戻る。上記設定条件によれば、５回の画像形成を繰り返すと９５回の補給開始回数になるので、ステップＳ２４０において、所定の補給開始回数になっていると判別される。

ステップＳ２４０において、所定の補給開始回数になっていると判別された場合、ステップＳ２４２において、所定量（約０．６ｇ）の補給用現像剤２が補給される。そのあと、ステップＳ２４４において、ルーチンの回数を一つ減らし、ステップＳ２１４のパッチ画像形成に戻る。ステップＳ２１４のパッチ画像形成によってトナーが消費されるが、トナーの補給量（約０．５ｇ）と消費量（約０．５ｇ）とがつり合っているために、現像槽内現像剤３のトナー濃度は大略５回の画像形成の分だけ低くなった状態を維持している。

トータルで１００回の画像形成を行うと、ステップＳ２２０において、所定回数の画像形成が行われたと判別されるので、ステップＳ２２２において、トナー濃度検出センサ７８によって、現像剤攪拌搬送室６７に存する現像槽内現像剤３のトナー濃度に関する電圧信号が出力される。ステップＳ２２４において、出力された電圧信号は、制御部１００で現像槽内現像剤３のトナー濃度の値に変換・算出される。ステップＳ２３０において、検出された現状の現像槽内現像剤３のトナー濃度が第二基準トナー濃度（９重量％）よりも低いか否かが判別される。

ステップＳ２３０において、現状の現像槽内現像剤３のトナー濃度が第二基準トナー濃度（９重量％）以上であると判別された場合、ステップＳ２１４のパッチ画像形成に戻る。すなわち、現状の現像槽内現像剤３のトナー濃度が第二基準トナー濃度（９重量％）より低くなるまで、ステップＳ２１４のパッチ画像形成を繰り返す。パッチ画像形成を繰り返すことでトナーが消費されて現像槽内現像剤３のトナー濃度が次第に低下するが、補給用現像剤２の補給動作が無いために、現像槽６６内での現像槽内現像剤３の嵩レベルが低下している。

ステップＳ２３０において、現状の現像槽内現像剤３のトナー濃度が第二基準トナー濃度（９重量％）より低くなったと判別された場合、第二のトナー強制消費モードに関するサブルーチンが終了して、図４の現像装置３４の補給制御に関するサブルーチンに戻る。

第二のトナー強制消費モードによれば、現像槽内現像剤３のトナー濃度を第二基準トナー濃度で規定し、現像槽内現像剤３の嵩レベルを補給開始回数で規定しているために現像槽内現像剤３のトナー濃度及び嵩レベルの精度が低くなるが、補給用現像剤２の補給に要する時間を大幅に短縮することができるという特徴を有している。

このような第二のトナー強制消費モードを有する画像形成装置１で一般の画像形成を行ったが、スクリュームラ等の画像欠損が発生することは無く、第二のトナー強制消費モードの効果が確認された。

次に、第三実施形態に係る現像装置３４の動作を、図７を参照しながら説明する。

図７は、第三実施形態に係る第三のトナー強制消費モードに関するサブルーチンのフローチャートを示している。なお、第三実施形態に係る第三のトナー強制消費モードに関する理解を助けるために、以下のような具体的な数値を提示しながら説明するが、当該数値によって本実施形態が限定されるものではなく、単なる一例として提示した数値に過ぎない。

トリクル方式の現像装置３４において貯蔵される現像槽内現像剤３の第一基準トナー濃度は７重量％であり、その量は約２５０ｇである。現像装置３４内の現像槽内現像剤３の第二基準トナー濃度は、第一基準トナー濃度（７重量％）＋２重量％とすると、９重量％である。現像装置３４内において第二基準トナー濃度（９重量％）で貯蔵される現像槽内現像剤３の量は、約２１０ｇである。一回のパッチ画像形成によって消費されるトナー量は、約０．５ｇである。補給用現像剤２のキャリア比は、１５重量％である。一回の補給用現像剤２の補給量は、約０．６ｇであり、トナー量に換算すれば約０．５ｇである。

第三実施形態において、現像装置３４の補給制御に関するサブルーチンは、上述した第一実施形態のものと同じであるためにその説明を省略し、第一実施形態のものと異なっている第三のトナー強制消費モードに関するサブルーチンについてのみ説明する。

図７は、図４の現像装置３４の補給制御に関するサブルーチンのうちの第三のトナー強制消費モードに関するサブルーチンを示している。ステップＳ３１２において、トナーの強制消費動作のために、現像後に紙出力を行わないパッチ画像形成が行われる。このパッチ画像形成は、一回のパッチ画像形成によってできるだけ多くのトナーを消費させるために、大略全面に画像が形成されるベタ状態である。一回のパッチ画像形成によって、約０．５ｇのトナーが消費される。

ステップＳ３１４において、トナー濃度検出センサ７８によって、現像剤攪拌搬送室６７に存する現像槽内現像剤３のトナー濃度に関する電圧信号が出力される。ステップＳ３１６において、出力された電圧信号は、制御部１００で現像槽内現像剤３のトナー濃度の値に変換・算出される。ステップＳ３２０において、検出された現状の現像槽内現像剤３のトナー濃度が第一基準トナー濃度（７重量％）よりも低いか否かが判別される。

ステップＳ３３０において、現状の現像槽内現像剤３のトナー濃度が第一基準トナー濃度（７重量％）以上であると判別された場合、ステップＳ３１２のパッチ画像形成に戻る。すなわち、現状の現像槽内現像剤３のトナー濃度が第一基準トナー濃度（７重量％）より低くなるまで、ステップＳ３１２のパッチ画像形成を繰り返す。パッチ画像形成を繰り返すことでトナーが消費されて現像槽内現像剤３のトナー濃度が次第に低下するが、補給用現像剤２の補給動作が無いために、現像槽６６内での現像槽内現像剤３の嵩レベルが低下している。

パッチ画像形成を繰り返した結果、ステップＳ３２０において、現状の現像槽内現像剤３のトナー濃度が第一基準トナー濃度（７重量％）を下回った、言い換えれば現状の現像槽内現像剤３のトナー濃度が第一基準トナー濃度に回復したと判別された場合、ステップＳ３２２において、現状の現像槽内現像剤３のトナー濃度に基づいて補給用現像剤２の補給量が算出される。そして、ステップＳ３２４において、所定量（約０．６ｇ）の補給用現像剤２が補給されたあと、ステップＳ３３０において、現像剤排出検出センサ１１２によって、現像槽内現像剤３が現像剤回収タンク９０に排出されたか否かが判別される。

ステップＳ３３０において、現像槽内現像剤３が現像剤回収タンク９０に排出されていないと判別された場合、ステップＳ３１２のパッチ画像形成に戻る。

ステップＳ３１２のパッチ画像形成によってトナーが消費されるが、トナーの補給量（約０．５ｇ）と消費量（約０．５ｇ）とがつり合っているために、現像槽内現像剤３のトナー濃度は、第一基準トナー濃度（７重量％）に回復した状態を維持している。その結果、ステップＳ３２０において、実質的には、現状の現像槽内現像剤３のトナー濃度が第一基準トナー濃度（７重量％）を下回ったと判別される方（ＹＥＳ）に行くことになる。したがって、ステップＳ３１２のパッチ画像形成によるトナー消費動作に加えて、ステップＳ３２２乃至Ｓ３３０の補給用現像剤２の補給動作及び現像槽内現像剤３の排出検出が繰り返される。このことは、現状の現像槽内現像剤３のトナー濃度が第一基準トナー濃度（７重量％）に回復しつつ、補給用現像剤２の補給すなわちキャリアの補給を行っていること、言い換えれば、キャリアが補給されるにつれて、現像槽６６内での現像槽内現像剤３の嵩レベルが次第に上昇することを意味している。

ステップＳ３３０において、現像槽内現像剤３が現像剤回収タンク９０に排出されたと判別された場合、現像剤攪拌搬送室６７内の現像槽内現像剤３が流出口から流出して現像剤回収タンク９０に現に落下して現像槽内現像剤３の嵩レベルが基準嵩レベルまで回復したことを意味するので、ステップＳ３３２において、第三のトナー強制消費モードが終了する。

第三のトナー強制消費モードによれば、補給用現像剤２の補給動作において、現像槽内現像剤３のトナー濃度及び嵩レベルを所定値まで精度良く回復させることができる。第三のトナー強制消費モードは、現像槽内現像剤３の嵩レベルが所定の基準嵩レベルに回復するまで補給用現像剤２が補給されて多くの補給用現像剤２を必要とすることから、現像装置３４の現像槽６６が小型である場合に好適である。

このような第三のトナー強制消費モードを有する画像形成装置１で一般の画像形成を行ったが、スクリュームラ等の画像欠損が発生することは無く、第三のトナー強制消費モードの効果が確認された。

なお、上記各実施形態においては、具体的な数値を用いながら説明したが、当該数値によって本願発明が限定されるものではなく、特許請求の範囲及び均等物によって画定される範囲を逸脱しない範囲で本願発明を様々に変形させることができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。 図１に示した画像形成装置の現像装置を上から見た模式的断面図である。 図２に示した画像形成装置の現像装置に係るブロック図である。 本発明の一実施形態に係る現像装置の補給動作に関するサブルーチンのフローチャートである。 第一実施形態に係る第一のトナー強制消費モードに関するサブルーチンのフローチャートである。 第二実施形態に係る第二のトナー強制消費モードに関するサブルーチンのフローチャートである。 第三実施形態に係る第三のトナー強制消費モードに関するサブルーチンのフローチャートである。 図１に示した画像形成装置の現像装置の一部分を横から見た模式的断面図である。

符号の説明

１：画像形成装置
２：補給用現像剤
３：現像槽内現像剤
１２：感光体
２０：定着装置
２２：定着ローラ
２６：帯電装置
２８：露光装置
３０：画像光
３４：現像装置
３６：転写装置
３８：用紙
４０：クリーニング装置
４８：現像ローラ（現像剤担持体）
４８ａ：磁石体
４８ｂ：スリーブ
６２：規制板
６６：現像槽
６７：現像剤攪拌搬送室
６８：第一搬送路
７０：第二搬送路
７２：第一スクリュー（攪拌部材）
７４：第二スクリュー（攪拌部材）
７５：切欠（流出口）
７６：隔壁
７７：逆羽根部
７８：トナー濃度検出センサ
８０：現像剤補給タンク
８２：補給口
９０：現像剤回収タンク
９２：回収口
１００：制御部
１０２：中央演算処理装置（ＣＰＵ）
１０４：読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）
１０６：読み書き可能メモリ（ＲＡＭ）
１０８：カウンタ
１１２：現像剤排出検出センサ

Claims (11)

1. トナー及びキャリアを含む現像槽内現像剤を現像槽内で搬送しながら攪拌する攪拌部材と、該攪拌部材に隣接配置され攪拌された現像槽内現像剤を静電潜像担持体へ供給する現像剤担持体と、を備える現像装置であって、
   トナー及びキャリアを含有する補給用現像剤を現像槽へ補給する現像剤補給タンクと、
   前記現像槽内の現像剤に含まれるトナーの比率であるトナー濃度を検出するトナー濃度検出センサと、
   前記現像槽に設けられ、現像槽内の現像槽内現像剤の量が所定量を上回ったときに、上回った現像槽内現像剤を現像槽外に排出する排出機構と、
   前記現像槽内のトナー濃度が第一基準値よりも低いと検出されたときに補給用現像剤の補給動作を行い、前記現像槽内のトナー濃度が第一基準値よりも高い第二基準値よりも高いと検出されたときに現像槽内のトナーの強制消費動作及び補給用現像剤の補給動作を行う制御手段と、
   を備えることを特徴とする現像装置。
2. 前記現像槽内のトナー濃度が第二基準値よりも高いと検出されたときの補給用現像剤の補給量は、現像槽内のトナーの強制消費量よりも多いことを特徴とする、請求項１記載の現像装置。
3. 前記現像槽内のトナーの強制消費動作は、現像槽内のトナーを静電潜像担持体に付着させることであることを特徴とする、請求項１記載の現像装置。
4. 前記制御手段は、現像槽内のトナー濃度が第二基準値よりも高いと検出されたときに現像槽内のトナー濃度が第一基準値よりも低いと検出されるまでの間現像槽内のトナーの強制消費動作を行い、現像槽内のトナー濃度が第一基準値よりも低いと検出された後に現像槽内のトナーの強制消費動作及び補給用現像剤の補給動作を並行して行うことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の現像装置。
5. 前記制御手段は、現像槽内のトナー濃度が第二基準値よりも高いと検出されたときに現像槽内のトナーの強制消費動作を所定回数行った後、現像槽内のトナーの強制消費動作及び補給用現像剤の補給動作を並行して所定回数行い、さらにその後、現像槽内のトナー濃度が第二基準値よりも低いと検出されるまでの間現像槽内のトナーの強制消費動作を行うことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の現像装置。
6. 前記現像装置は、前記排出機構から現像槽内現像剤が排出されているか否かを検出する現像剤排出検出センサをさらに有し、
   前記制御手段は、現像槽内のトナー濃度が第二基準値よりも高いと検出されたときに現像槽内現像剤の排出が検出されるまでの間現像槽内のトナーの強制消費動作及び補給用現像剤の補給動作を並行して行うことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の現像装置。
7. 周面に静電潜像を担持する回転可能な静電潜像担持体と、トナー及びキャリアを含む現像槽内現像剤を現像槽内で搬送しながら攪拌する攪拌部材と、該攪拌部材に隣接配置され攪拌された現像槽内現像剤を静電潜像担持体へ供給する現像剤担持体と、を備える画像形成装置であって、
   トナー及びキャリアを含有する補給用現像剤を現像槽へ補給する現像剤補給タンクと、
   前記現像槽内の現像剤に含まれるトナーの比率であるトナー濃度を検出するトナー濃度検出センサと、
   前記現像槽に設けられ、現像槽内の現像槽内現像剤の量が所定量を上回ったときに、上回った現像槽内現像剤を現像槽外に排出する排出機構と、
   前記現像槽内のトナー濃度が第一基準値よりも低いと検出されたときに補給用現像剤の補給動作を行い、前記現像槽内のトナー濃度が第一基準値よりも高い第二基準値よりも高いと検出されたときに現像槽内のトナーの強制消費動作及び補給用現像剤の補給動作を行う制御手段と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
8. 前記画像形成装置は、現像剤担持体によって顕像化されたトナー像を静電潜像担持体の周面から用紙上へ転写する転写手段と、転写されなかったトナーを静電潜像担持体上から除去する清掃手段と、を備え、
   強制消費されたトナーは、用紙上へ転写することなく清掃手段によって回収されることを特徴とする、請求項７記載の画像形成装置。
9. 前記制御手段は、現像槽内のトナー濃度が第二基準値よりも高いと検出されたときに現像槽内のトナー濃度が第一基準値よりも低いと検出されるまでの間現像槽内のトナーの強制消費動作を行い、現像槽内のトナー濃度が第一基準値よりも低いと検出された後に現像槽内のトナーの強制消費動作及び補給用現像剤の補給動作を並行して行うことを特徴とする、請求項７乃至８のいずれかに記載の画像形成装置。
10. 前記制御手段は、現像槽内のトナー濃度が第二基準値よりも高いと検出されたときに現像槽内のトナーの強制消費動作を所定回数行った後、現像槽内のトナーの強制消費動作及び補給用現像剤の補給動作を並行して所定回数行い、さらにその後、現像槽内のトナー濃度が第二基準値よりも低いと検出されるまでの間現像槽内のトナーの強制消費動作を行うことを特徴とする、請求項７乃至８のいずれかに記載の画像形成装置。
11. 前記画像形成装置は、前記排出機構から現像槽内現像剤が排出されているか否かを検出する現像剤排出検出センサをさらに有し、
    前記制御手段は、現像槽内のトナー濃度が第二基準値よりも高いと検出されたときに現像槽内現像剤の排出が検出されるまでの間現像槽内のトナーの強制消費動作及び補給用現像剤の補給動作を並行して行うことを特徴とする、請求項７乃至８のいずれかに記載の画像形成装置。

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